毕业设计论文-湘阴县胡家塘水库除险加固工程设计.docx
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目录
摘要 1
关键词 1
1前言 2
2综合说明 2
2.1水库基本情况 2
2.2水文气象 2
2.3洪水复核 3
2.4主要地质问题 3
2.5交通条件 3
2.6主要建筑材料 3
2.7气象 4
2.8径流 4
2.9主要建筑物 4
3大坝安全认定结论 4
3.1水文 5
3.2设计洪水 7
3.3调洪演算 7
3.3.1水位与库容曲线、水位与面积曲线 7
3.3.2泄流曲线 7
3.4调洪演算的基本方程与方法 8
3.5调洪演算结果 11
3.6调洪演算成果分析 12
3.7防洪标准复核 12
3.8水库大坝坝顶高程复核 12
3.8.1基本资料 12
3.9复核结论 14
4除险加固设计 14
4.1设计依据 14
4.1.1工程等级及防洪标准 14
4.2设计基本资料 14
4.2.2水库特征水位及库容 14
4.2.3大坝坝坡抗滑稳定安全系数 14
4.2.4地震烈度 15
4.3大坝安全认定结论性意见及主要工程任务 15
4.3.1大坝安全类别评定为三类坝。
15
4.3.2对大坝维修加固的意见和建议：
15
4.4大坝渗流计算分析成果 15
4.4.1计算工况 15
4.4.2计算成果 15
4.4.3结论 16
4.4.4计算成果 17
4.4.5结论 17
4.5水库除险加固主要内容 17
4.5.1存在的主要问题 17
4.6除险加固主要内容 17
4.7大坝防渗处理 18
4.8大坝坝体充填灌浆 18
4.9大坝坝基帷幕灌浆 19
5大坝下游坡脚增设排水棱体 21
5.1大坝上、下游护坡 21
5.1.1大坝上下游护坡 21
5.2除险加固后渗流、抗滑稳定复核 23
5.2.1加固后渗流复核 23
5.3大坝除险加固处理后抗滑稳定复核 24
5.3.1计算工况 24
5.3.2计算成果 24
5.3.3结论 25
5.4新建溢洪道 25
5.4.1溢洪道结构布置 25
5.5溢洪道水力计算 26
5.5.1下泄流量计算 26
5.5.2溢洪道控制段导墙顶部高程确定 26
5.5.3消能设施计算 26
5.6输水涵管重建 28
5.7涵管断面尺寸确定 28
5.8长度的确定 28
5.9输水涵管结构布置 28
6结论 28
参考文献 29
致谢 30
附录 31
湘阴县胡家塘水库除险加固工程设计
学生：
周浩
指导老师：
黄理军
（湖南农业大学工学院，长沙）
摘要：
以地点为胡家塘，题目为水库除险加固设计作为本次的毕业设计。
胡家塘水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪等综合效益的小型水库，对下游农田生产发挥着重要的作用。
对水文设计洪水、洪峰流量和溢洪道最大泄洪能力复核、大坝的渗流及稳定分析、除险加固方案设计、溢洪道加固设计、输水管道设计等，使大坝达到除险加固的目的。
关键词：
除险加固；设计；复核；胡家塘
。
Designofhujiatangreservoirinxiangyincounty
Student：
ZhouHao
Tutor：
HuangLijun
（Schoolofengineering,HunanAgriculturalUniversity,Changsha）
Abstract：
Thesiteishujiatong,whichisdesignedforthedesignofthedesignforthedesignofthereservoir.Hujiatangreservoirisasmallreservoirwhichismainlyirrigatedbyirrigation,whichisacomprehensivebenefitoffloodcontrol,whichplaysanimportantroleintheproductionofdownstreamfarmland.Ofhydrologicaldesignflood,floodpeakflowandspillwayofmaximumdischargecapacitycheck,damseepageandstabilityanalysis,andreinforcingschemedesign,thespillwaydamreinforcementdesign,suchaswaterpipedesign,allowingthedamtoachievethepurposeofconsolidation.
Keywords：
reinforcement；design；review；HuJiaTang.
1前言
农田水利工程的发展情况，紧密联系着农业的增产稳产情况，紧密联系着农民的增收情况，也紧密联系着农村经济的发展情况。
农田水利工程开发建设是一个全面的、综合的过程，不但要考虑到灌排系统的布置情况，而且要做到工程设计的经济化、合理化，完全可以说是农业基础建设中的重头戏。
随着农业现代化进程的逐步推进，农业的发展逐渐成为人类与环境、资源的全面协调发展，合理设置农田水利工程，发展农作物、林业、畜禽、果类、鱼类和农产品加工等一体化的循环农业道路是今后农业的发展的主要方向。
水田开发项目是农田水利工程中的一项重点工程。
在中央“一号文件”和其他各类政策文件的推动下，实现水田开发项目的高速发展，为当地农村经济发展壮大和建设社会主义新农村提供强有力的保证，实现自然环境、水土资源和社会环境的改善。
胡家塘水库运行至今已产生了较大的经济和社会效益。
但由于大坝险情不断，且日趋恶化，已无法保证大坝的运行安全。
为使工程能正常运行，充分发挥其效益，确保当地人民生命财产的安全，需尽快对胡家塘水库大坝进行除险加固。
2综合说明
2.1水库基本情况
胡家塘水库位于湘阴县樟树镇白梅村，东经112°48′10＇＇、北纬28°32′20.4＇＇。
坝址距樟树镇政府驻地5.1km，距湘阴县城区24.3km。
工程始建于1978年，为小
（2）型水库，交通条件较好。
胡家塘水库坝址控制集雨面积为0.85，干流长1.05km，干流平均坡降12‰。
水库正常蓄水位为43.11m（相对高程，下同），正常库容为9.25万；设计洪水位44.06m，设计库容为14.08万;校核洪水位为44.22m，总库容为14.82万；死水位为41.50m，死库容为2.78万；是一座以防洪，灌溉与养殖为主的小
（2）型水库。
本工程等别为Ⅴ等，小
（2）型，主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级。
设计洪水标准重现期为10年，校核洪水标准重现期为50年。
2.2水文气象
胡家塘水库地处亚热带湿润气候区。
多雨气候
多年平均气温17.0°C；多年平均降水量达1436.06mm；最大日降水量196mm。
历年平均最大风速为13.88m/s。
2.3洪水复核
胡家塘水库缺乏水库流量实测资料，本次洪水复核参照湖南省水利水电厅1984年编制的《暴雨洪水查算手册》，利用暴雨资料推求。
胡家塘水库处险加固后，洪水复核结果为十年一遇的设计洪水位为44.06m，洪峰流量为1.92，50年一遇的校核洪水位为44.22m,洪峰流量为1.92、2.43。
2.4主要地质问题
（1）坝体散浸。
散浸的主要原因：
坝体施工质量差，夯压不实或漏压，土料分布不均，局部砾石集中，致使土层难以密实，孔隙大，渗透水较强，故产生坝体外坡散渗与集中渗漏等。
（2）坝体与坝基接触界面渗漏。
坝脚出现3处渗流水。
引起散浸与渗漏的主要原因：
坝基底部含砾石与草根，致使接触部土孔隙较大，导致库水沿坝体与坝基接触界面产生涌水，对坝体稳定构成潜在危害。
（3）绕坝渗漏问题。
根据调查与现场勘察，坝体左岸接触带在底部存在绕坝渗漏问题，终年外流。
由于施工时对岸坡清基不彻底，且未作防渗处理，故结合面成渗透水通道。
（4）其它建筑物区工程地质条件
大坝两端无溢洪道，水库泄洪由大坝右岸输水涵洞控制泄洪。
但运行年久，淤塞严重，且无消能设施。
输水涵管位于大坝左端，埋在填筑土与坝基接触带。
。
由于运行年久，已裂缝渗水。
2.5交通条件
坝址距樟树镇政府驻地5.1km，距湘阴县城区24.3km，施工交通条件较好。
2.6主要建筑材料
（1）砂、石料
库区附近没有砂石料源，需外购，建议就近购买。
工程所需块石料需从望城县丁字湾块石料场购买，岩性为花岗岩，岩石致密坚硬，抗风化能力强，成材率高，饱和抗压强度Rw>45MPa，质量较好，储量丰富，开采运输方便，运距约38km。
（2）土料
工程区土料丰富，分布在大坝右岸山坡，储量丰富，质量较好，开采运输较方便。
（3）水泥、钢材、木材、油料等
胡家塘水库本次除险加固所需的水泥、油料等材料均可就近在樟树镇购买，运距5.1km,钢材在湘阴县城购买，运距24.3km。
木材就近采取。
（4）施工用风、水、电及对外通讯
胡家塘水库本次除险加固施工用水主要为生产、生活及消防用水，采用水泵直接从水库抽取使用，无需采取净化措施。
施工期用电采用胡家塘水库的农网电，并自备电源。
施工期间通讯利用枢纽现有通讯设备。
2.7气象
夏季为低纬海洋暖湿气团所盘踞，温高湿重。
夏季之交，流域正处在冷暖气流交汇的过渡地带，形成阴湿多雨的梅雨天气。
4月~9月为汛期，大洪水主要集中在5月～7月。
根据湘阴气象站1954～2006年观测的气象资料统计，年平均日照在1641.3小时左右；平均气温为16.9℃，最高气温40.1℃，最低气温为-14.7℃。
多年平均降雨量1436.06mm，雨量按年内分配统计，3~5月558.1mm，6~8月420.5mm，9~11月219.3mm，12~2月187.6mm，而年际均降雨量变化较大，最多年1968年达1921.2mm，最少年1963年为1043.2mm，降雨变幅较大。
多年平均月蒸发量最大在7月份，达204.8mm。
历年最大风速28m/s，风向NNE，历年平均最大风速13.88m/s。
2.8径流
胡家塘水库库区径流主要由降雨形成，根据湘阴县气象资料分析，多年平均降雨量为1436.06mm；多年平均径流系数为0.44；多年平均径流深为631.87mm；水库的集雨面积为0.85,求得本流域多年平均入库水量为53.63万。
2.9主要建筑物
枢纽工程主要由大坝、溢洪道、输水涵管等建筑物组成。
（1）大坝：
胡家塘水库大坝为均质土坝，坝顶高程为45.50m，坝顶宽5.0-5.5m，最大坝高为5.7m，大坝坝顶轴长140m。
（2）溢洪道：
大坝两端无溢洪道，水库泄洪由大坝右岸输水涵洞控制泄洪。
（3）输水涵管：
大坝总共有2处输水涵管，左岸输水涵为Φ300的瓦管，右岸有一处高涵输水管，Φ600，壁厚50。
采用卧管取水，漏水较严重。
3大坝安全认定结论
胡家塘水库大坝安全认定根据《湖南省小
（2）型水库安全认定办法（试行）》的标准和要求，经专家现场查勘及综合评定，工程存在的主要问题综述及安全状况认定结论如下：
（1）坝身、坝基接触面及山坝结合处渗漏严重；
（2）大坝上游坝坡现浇砼护坡多年风浪已经损坏掉落
（3）大坝下游坝脚无排水棱体，坝基脚局部软化，不利于大坝的稳定；
（4）下游坡面杂草丛生，有雨水冲刷沟；
（5）大坝溢洪道由输水涵洞控制泄洪，满足不了泄洪要求，出口无消能设施，下游泄洪渠渠坡垮塌，淤塞严重，已成安全隐患；
（6）输水涵管，经多年运行后，漏水较严重。
输水涵管采用卧管及木塞控水，结构破坏严重，已多处出现裂缝；木塞控水困难，无法保证安全运行；
3.1水文
胡家塘水库坝址位于湘阴县樟树镇白梅村,属湘水系。
控制集雨面积为0.85，干流长1.05km，干流平均坡降12‰。
根据胡家塘水库的地理位置和集雨面积、河流长度、干流平均坡降等资料，从《湖南省暴雨洪水查算手册》图一中查得该流域属暴雨一致区第六区，从图三“年最大24h点雨量均值等值线图”中查得该流域中心最大24h点雨量均值为100mm，查图四得变差系数Cv=0.45。
根据湘阴县气象站1971~2010年共计40年实测降雨资料统计（表1），平均多年最大一日降雨量：
H=97.66mm，最大24小时降雨量为最大一日降雨量的1.12倍，则求得水库24小时点暴雨为H24点=1.12H=109.4mm，为水库安全起见，确定采用实测值。
表1湘阴县气象站1971—2010年共计40年实测降雨资料统计
Table1Xiangyincountymeteorologicalstation,1971~2010,atotalof40years,
measuredrainfalldatastatistics
年份
月、日
最大1日降雨（mm）
年份
月、日
最大1日降雨（mm）
1971
5.27
77.4
1991
7.7
72.1
1972
5.17
48.7
1992
6.6
72.4
1973
8.16
66.6
1993
7.24
115.2
1974
5.5
171.7
1994
7.30
112.2
1975
8.5
75.8
1995
7.1
91.0
1976
9.7
78.2
1996
7.17
116.2
1977
8.28
71.5
1997
8.8
92.1
1978
3.30
69.2
1998
6.24
115.5
1979
4.18
82.7
1999
5.16
185.3
1980
7.8
64.8
2000
9.1
75.0
1981
6.28
157.4
2001
8.8
93.4
续表1
年份
月、日
最大1日降雨（mm）
年份
月、日
最大1日降雨（mm）
1982
8.13
172.4
2002
7.21
117.7
1983
7.7
135.2
2003
5.4
64.9
1984
6.14
69.5
2004
4.7
111.1
1985
8.13
154.7
2005
6.27
120.8
1986
4.14
70.3
2006
10.17
68.1
1987
7.29
122.8
2007
8.4
72.8
1988
9.2
55.8
2008
8.17
64.6
1989
4.28
86.8
2009
7.27
60.2
1990
7.1
93.1
2010
6.19
161.1
合计
3906.3
平均
97.66
求得胡家塘水库流域内的频率暴雨如下：
50年一遇点暴雨和面暴雨
H24点=225.0mm,H24面=224.6mm
10年一遇点暴雨和面暴雨
H24点=160.0mmH24面=159.8 mm
按以下公式推求1~24小时各时历时的暴雨：
1~6小时用：
6~24小时用：
各参数和成果见表2。
表2设计暴雨参数及成果表
Table2Designstormparameterandresulttable
P（%）
10
2
备注
Kp（mm）
1.6
2.25
1、统计参数
H24点面=100.0（mm）
Cv=0.45
Cs=3.5Cv
2、点面关系系数
a=0.998
3、初损I0=27mm
K24点（mm）
160.0
225.0
H24面（mm）
159.7
224.6
n2
0.651
0.634
n3
0.795
0.765
H1（mm）
64.3
84.1
H3（mm）
94.4
125.8
续表2
P（%）
10
2
备注
H6（mm）
120.2
162.1
H12（mm）
138.5
190.8
H3-H1（mm）
30.0
41.6
H6-H3（mm）
25.8
36.3
H12-H6（mm）
18.3
28.7
H24-H12（mm）
21.2
33.8
R总
132.7
199.6
φ
0.73
0.73
R上（mm）
92.9
144.2
3.2设计洪水
有关参数见表3，入库洪水过程线见表4。
表3设计洪水参数表
Table3Designfloodparameterlist
P（%）
10
2
备注
T（h）
2.66
2.52
F=0.85km2
L=0.1.05km
J=12‰
θ=4.78
m=0.311
ΣQi（m3/s）
21.9
34.0
Qm/ΣQi
0.256
0.204
Qm（m3/s）
5.6
6.9
Qm下（m3/s）
0.63
0.47
W（104m3/s）
11.0
17.0
3.3调洪演算
3.3.1水位与库容曲线、水位与面积曲线
胡家塘水库正常蓄水位43.11m以上的水位与库容关系见表5，库容曲线见图1。
3.3.2泄流曲线
水库水位与溢洪道泄流量的关系见表5。
宽顶堰下泄流量公式：
（1）
式中：
ε—侧收缩系数，取1.0;
m—宽顶堰的流量系数，通过计算m=0.32;
—宽顶堰取宽度为2.0m；
—堰上水头。
表5胡家塘水库水位与库容及水位与泄量关系
Table5ThewaterlevelofreservoirandthecapacityofHuJiaTangandthewaterlevelanddischargerelationship
库水位（m）
库容（104）
下泄流量（）
备注
43.11
9.25
0.00
正常蓄水位
44.06
14.08
1.92
设计洪水位
44.22
14.82
2.43
校核洪水位
图1胡家塘水库水位容积与水位面积关系曲线
Figure1ThewaterlevelofthereservoirwaterlevlandvolumeofHuJiaTangareacurve
3.4调洪演算的基本方程与方法
根据水量平衡原理，调洪演算的基本方程是：
（2）
（3）
式中：
Q1、Q2—△t时段始未的入库流量（）；
q1、q2—△t时段始未的下泄流量（）；
V1、V2—△t时段始未的库容（）。
调洪演算采用水利部水利规划设计院、水电部天津勘测设计院及新疆水利水电勘测设计院合编的《水利水能计算软件包（C）》中的C-2水库调洪演算的数值解程序。
各频率洪水标准调洪演算结果见表6、7。
表6水库调洪演算数值解计算书
Table6Reservoirfloodroutingnumericalcalculation
水位（）
水面面积
（万）
水位（）
水面面积
（万）
ZP
F
ZP
F
39.80
0.21
40.00
0.84
40.50
1.10
41.00
1.30
41.50
2.25
42.00
2.62
42.50
3.20
43.00
4.00
43.50
4.33
44.00
4.65
44.50
4.79
45.00
4.90
45.50
5.01
洪水过程时段数J=12
时段间隔（）T=3600
洪水过程（）:
0.04
4.21
5.75
3.62
2.40
1.96
1.61
1.41
1.21
1.03
0.90
0.80
0.72
防洪下限水位（）=43.11
调洪起始水位（）=43.11
泄洪起始流量（）=0
电站常流量（）=0
下游安全限制泄量（）=500
泄洪洞个数=0
溢洪道数=1
流量系数底宽（）底高程（）
M2B2C2
0.391.2043.11
变宽变高的泄流孔状况数=0
变宽的溢洪道状况数=0
其它泄流方式,水位～泄流量曲线点数=0
表7计算结果
Table7Results
时段
来水量
水位
流量
河道
流量
泄洪洞
流量
溢洪道
洪流量
泄流孔
泄流量
变宽溢
总流量
其它
下泄
1
43.29
4.21
0.00
0.16
0.00
0.00
0.00
0.16
2
43.67
5.75
0.00
0.86
0.00
0.00
0.00
0.86
3
43.94
3.62
0.00
1.57
0.00
0.00
0.00
1.57
4
44.04
2.40
0.00
1.85
0.00
0.00
0.00
1.85
5
44.06
1.96
0.00
1.92
0.00
0.00
0.00
1.92
6
44.05
1.61
0.00
1.89
0.00
0.00
0.00
1.89
7
44.03
1.41
0.00
1.81
0.00
0.00
0.00
1.81
8
43.99
1.21
0.00
1.71
0.00
0.00
0.00
1.71
9
43.95
1.03
0.00
1.59
0.00
0.00
0.00
1.59
10
43.91
0.90
0.00
1.47
0.00
0.00
0.00
1.47
11
43.86
0.80
0.00
1.35
0.00
0.00
0.00
1.35
12
43.82
0.72
0.00
1.24
0.00
0.00
0.00
1.24
表8水库调洪演算数值解计算书
Table8Reservoirfloodroutingnumericalcalculation
水位（）
水面面积
（万）
水位（
升级会员 